6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 1

Transcript

1 Παρουσίαση της µεθοδολογίας ανάλυσης της ευστάθειας των βραχωδών πρανών του Κάθετου Άξονα 75 της Εγνατίας Οδού Presentation of the Rock Slope Stability Methodology applied to Egnatia Odos 75 Vertical Axis ΓΙΑΝΝΑΚΟΓΙΩΡΓΟΣ, A. ΚΩΜΟ ΡΟΜΟΣ, A. ΓΚΕΛΗ, Ε. ΖΙΓΚΙΡΙΑ ΟΥ, Ε. Γεωλόγος MSc DIC, ΓΕΩΣΤΑΤΙΚΗ ΣΥΜΒΟΥΛΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ Α.Ε. ρ. Πολιτικός Μηχανικός, Αν. Καθηγητής, Π.Θ. Γεωλόγος MSc, Μ Ε, Εγνατία Οδός Α.Ε. Γεωλόγος, Εγνατία Οδός Α.Ε. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Αντικείµενο του παρόντος άρθρου αποτελεί η παρουσίαση της µεθοδολογίας βάσει της οποίας εκπονήθηκε η µελέτη των βραχωδών ορυγµάτων στο 2 ο υποτµήµα του Κάθετου Άξονα 75 της Εγνατίας Οδού "ΚΟΜΟΤΗΝΗ - ΝΥΜΦΑΙΑ - ΕΛΛΗΝΟΒΟΥΛΓΑΡΙΚΑ ΣΥΝΟΡΑ", µεταξύ των ΧΘ Ειδικότερα αναλύεται ο τρόπος και τα µέσα εργασίας που εφαρµόστηκαν κατά τη διάρκεια των επιτόπου γεωτεχνικών ερευνών καθώς και το ειδικό µελετητικό αντικείµενο (προσδιορισµός παραµέτρων διατµητικής αντοχής, κινηµατικές αναλύσεις, αναλύσεις ευστάθειας κλπ.) µε στόχο την εξαγωγή συµπερασµάτων αναφορικά µε τον έλεγχο της ευστάθειας των βραχωδών ορυγµάτων. ABSTRACT : Scope of the article is to report the methodology applied to the rock cuts design in the 2 nd sub-section of the 75 Vertical Axis of Egnatia Odos "Komotini - Nimfaia GreekBulgarian Borders" between KP to Specifically, the means of work during geotechnical site investigations and specific design object (such as selection of shear strength parameters, kinematic analysis, stability analysis, etc.) are analyzed, in order to draw firm conclusions regarding the stability of rock cuts. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αντικείµενο του παρόντος άρθρου αποτελεί η παρουσίαση της µεθοδολογίας ανάλυσης της ευστάθειας βραχωδών πρανών µε παράδειγµα εφαρµογής τα ορύγµατα στο 2 ο υποτµήµα του Κάθετου Άξονα 75 της Εγνατίας Οδού "ΚΟΜΟΤΗΝΗ - ΝΥΜΦΑΙΑ - ΕΛΛΗΝΟ- ΒΟΥΛΓΑΡΙΚΑ ΣΥΝΟΡΑ", µεταξύ των ΧΘ Κατά τη φάση της µελέτης του έργου εξετάσθηκαν συνολικά 14 βραχώδη ορύγµατα µε ύψη που κυµαίνονται από 14 έως 42m. Ο έλεγχος περιλάµβανε όλους τους πιθανούς τύπους αστοχίας και συγκεκριµένα έλεγχο της γενικής ευστάθειας αυτών µε θεώρηση κυκλικών επιφανειών ολίσθησης µε χρήση συµβατικών µεθόδων ανάλυσης ευστάθειας πρανών έλεγχο γενικής ευστάθειας µε θεώρηση ανισότροπης συµπεριφοράς των γεωϋλικών, σε περιοχές όπου ευνοείται γεωµετρικά η ολίσθηση επί προκαθορισµένων επιφανειών ασυνεχειών µε µεγάλη συνέχεια (π.χ. σχιστότητα). έλεγχο ευστάθειας σφηνών τόσο µε προσδιορισµική προσέγγιση (Deterministic), όσο και µε πιθανοκρατική προσέγγιση (Probabilistic) Ειδικότερα αναλύεται ο τρόπος και τα µέσα εργασίας που εφαρµόστηκαν κατά τη διάρκεια των επιτόπου γεωτεχνικών ερευνών καθώς και το ειδικό µελετητικό αντικείµενο (προσδιορισµός παραµέτρων διατµητικής αντοχής, κινηµατικές αναλύσεις, αναλύσεις ευστάθειας κλπ.), µε στόχο την εξαγωγή συµπερασµάτων αναφορικά µε τον έλεγχο της ευστάθειας των βραχωδών ορυγµάτων. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 1

2 Τέλος γίνεται σύγκριση των αποτελεσµάτων των κινηµατικών αναλύσεων µε εκείνα της θεωρίας των µπλοκ (Block Theory Key block analysis) κατά Goodman & Shi (1985). 2. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΡΓΟΥ ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ, ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Στη περιοχή αναφοράς του ΚΑ 75, η χάραξη κινείται σε ορεινό έως έντονα ορεινό ανάγλυφο. Οι κύριοι παράγοντες διαµόρφωσης του αναγλύφου είναι ο έντονος τεκτονισµός, σε συνδυασµό µε τη διαβρωτική - αποσαθρωτική δράση των ρεµάτων και την ισχυρή ανοµοιογένεια των επιµέρους λιθολογικών σχηµατισµών. Το φυσικό ανάγλυφο εµφανίζεται µακροσκοπικά ευσταθές, ενώ η δασοκάλυψη - φυτοκάλυψη που αναπτύσσεται στον επιφανειακό µανδύα εµποδίζει φαινόµενα διαβρώσεων. Αναλυτικά στο υπό µελέτη υποτµήµα περιλαµβάνονται, εκτός των επιχωµάτων και των λοιπών τεχνικών έργων, 14 ορύγµατα, συνοπτικά γεωµετρικά στοιχεία των οποίων παρουσιάζονται στον Πίνακα 1 που ακολουθεί. Πίνακας 1. Συγκεντρωτικός πίνακας ορυγµάτων Table 1. Summary table of cuts Χ.Θ. ΜΕΓΙΣΤΟ ΑΠΟ ΕΩΣ ΥΨΟΣ (m) O ,8 O ,0 O ,8 O ,6 O ,0 O ,6 O ,5 O ,2 O ,0 O ,4 O ,5 O ,5 O ,6 O ,0 Γεωλογικά, η ευρύτερη περιοχή του υπό µελέτη τµήµατος εντάσσεται γεωτεκτονικά στη Μάζα της Ροδόπης και την Περιροδοπική ζώνη. Συγκροτείται από µέσου έως υψηλού βαθµού µεταµορφωµένα πετρώµατα, όπως γνεύσιους µε πηγµατιτικές διεισδύσεις, γνευσιακούς σχιστόλιθους, µάρµαρα, σχιστόλιθους, αµφιβολίτες κλπ, τα οποία θεωρούνται προκάµβριας έως κάτω παλαιοζωικής ηλικίας. Σύµφωνα µε την οριστική γεωλογική µελέτη ( ηµαράς, 2006) και σε συνδυασµό µε την επιτόπια αναγνώριση και τα αποτελέσµατα του συνόλου των γεωερευνητικών εργασιών, οι σχηµατισµοί κατά µήκος της χάραξης είναι κυρίως βραχώδεις και µπορούν να διαχωρισθούν σε δύο βασικές κατηγορίες: µέσης έως υψηλής διαγένεσης κροκαλολατυποπαγή και γνευσιακά πετρώµατα (κυρίως σχηµατισµός). 3. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΜΕΛΕΤΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΒΡΑΧΩ ΩΝ ΠΡΑΝΩΝ Στον παρόν κεφάλαιο περιγράφονται τα κύρια στοιχεία της µεθοδολογίας µελέτης, που συνίσταται στην επίβλεψη των γεωερευνητικών εργασιών, στην αξιολόγηση των αποτελεσµάτων του συνόλου των γεωτεχνικών και γεωλογικών δεδοµένων, καθώς και στους προβλεπόµενους ελέγχους ευστάθειας των βραχωδών ορυγµάτων για το σχεδιασµό των µέτρων υποστήριξης αυτών. 3.1 Γεωτεχνικές έρευνες Στα βραχώδη γεωϋλικά και ειδικά στις περιπτώσεις µελέτης υπογείων έργων ή ορυγµάτων, καθίσταται κρίσιµη η ουσιαστική καταγραφή των πυρήνων των γεωτρήσεων. Στο συγκεκριµένο έργο, κατά τη διάρκεια της επίβλεψης των γεωερευνητικών εργασιών και σε συνεργασία µε τους αναδόχους εκτέλεσης, καταβλήθηκε ιδιαίτερη προσπάθεια για την επίτευξη του ανωτέρω. Έτσι, επικουρικά προς τα ηµερήσια έντυπα καταγραφής, ο µελετητής συνέταξε νέα έντυπα µε στόχο την λεπτοµερή περιγραφή των τεχνικογεωλογικών χαρακτηριστικών των λιθολογικών ενοτήτων και ασυνεχειών, στα οποία περιλαµβάνονταν τα ακόλουθα: συνεκτικότητα (βαθµός χαλάρωσης ή βαθµός συγκόλλησης) έκταση και βαθµός αποσάθρωσης και εξαλλοίωσης βαθµός κερµατισµού αντοχή πετρώµατος (µακροσκοπική εκτίµηση µε γεωλογικό σφυρί και µαχαιρίδιο καθώς και µε χρήση κρουσιµέτρου Schmidt) τύπος και αριθµός ασυνεχειών βαθµός αποσάθρωσης επιφανειών µέτρηση της κλίσης των επιφανειών µε χρήση εύκαµπτων µοιρογνωµονίων τα οποία περιβάλλουν τον πυρήνα (wrap around protractors) για κάθε διάµετρο δείγµατος 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 2

3 απόσταση, άνοιγµα (χρήση τυποποιηµένων µεταλλικών ελασµάτων µέτρησης πάχους) και υλικό πλήρωσης ασυνεχειών κατάσταση επιφάνειας (περιγραφή και εκτίµηση της τιµής του δείκτη JRC µε χρήση προφιλοµέτρου) Τα ανωτέρω στοιχεία συνέβαλαν στην καλύτερη εκτίµηση των παραµέτρων αντοχής βραχόµαζας και ασυνεχειών, σε συνδυασµό µε τις επί τόπου και εργαστηριακές δοκιµές, καθώς και µε τα στοιχεία της γεωλογικής µελέτης. 3.2 Αξιολόγηση γεωτεχνικών και γεωλογικών δεδοµένων Η στρωµατογραφία στη θέση κάθε ορύγµατος καθορίστηκε µε βάση τις διαθέσιµες γεωτεχνικές έρευνες και τη γεωλογική µελέτη. Ο προσδιορισµός των παραµέτρων αντοχής κάθε επί µέρους στρώσης, πραγµατοποιήθηκε µε στατιστική επεξεργασία των αποτελεσµάτων των επί τόπου και εργαστηριακών δοκιµών. Πρέπει να σηµειωθεί ότι το σύνολο σχεδόν των σχηµατισµών του έργου, εµφανίζει µέση έως έντονη ανισοτροπία, που οφείλεται είτε στον κερµατισµό της βραχόµαζας, είτε στην ίδια τη δοµή του πετρώµατος. Χαρακτηριστικό είναι ότι, ιδιαίτερα στα µεταµορφωµένα πετρώµατα, οι τιµές αντοχής του άρρηκτου βράχου που προέκυψαν από τις δοκιµές µονοαξονικής και σηµειακής φόρτισης, εµφανίζουν σηµαντικό εύρος διακύµανσης που οφείλεται ακριβώς στην ανισοτροπία της δοµής του. Τούτο ελήφθη υπόψη κατά την αξιολόγηση. Ως προς τις εµφανιζόµενες ζώνες - τµήµατα εντονότερης αποσάθρωσης και κερµατισµού τα οποία συναντήθηκαν κατά τόπους εντός της βραχόµαζας, οι παράµετροι διατµητικής αντοχής προέκυψαν κυρίως από αναζυµωµένες (remolded) δοκιµές βραδείας διάτµησης. Για τον προσδιορισµό των γεωτεχνικών παραµέτρων της βραχόµαζας εφαρµόστηκαν διεθνώς αποδεκτά συστήµατα ταξινόµησης. Πρωταρχικός, χρησιµοποιήθηκε ο Γεωλογικός είκτης Αντοχής (Geological Strength Index GSI), κατά Hoek- Marinos, (2005) που αποτελεί εύχρηστο εργαλείο για την εκτίµηση της αντοχής της βραχόµαζας, λαµβάνοντας υπόψη τη δοµή της και την κατάσταση των επιφανειών ασυνεχειών. Για τον προσδιορισµό του δείκτη GSI, ο οποίος δεν λαµβάνει καθορισµένη διακριτή τιµή αλλά εύρος διακύµανσης, απαιτείται ακριβής παρατήρηση της λιθολογίας, της δοµής, καθώς και της κατάστασης των επιφανειών ασυνεχειών της βραχόµαζας. Για το σκοπό αυτό, χρησιµοποιήθηκε το σύνολο των στοιχείων που συλλέχθηκαν κατά τη γεωτεχνική έρευνα, όπως αναφέρθηκαν στην προηγούµενη παράγραφο, αλλά και οι αναλυτικές περιγραφές της γεωλογικής µελέτης. Για την ταξινόµηση χρησιµοποιήθηκαν τα διαγράµµατα του σχήµατος 1. Οι παράµετροι διατµητικής αντοχής της βραχόµαζας προσδιορίσθηκαν µε εφαρµογή του κριτηρίου Hoek and Brown (Hoek et al 2002). Με βάση το κριτήριο αυτό πραγµατοποιείται αναγωγή της κερµατισµένης βραχόµαζας σε οµοιογενές µέσο και εκτιµάται η εξίσωση της περιβάλλουσας επιφάνειας θραύσης, της οποίας η µορφή είναι αντίστοιχη της εξίσωσης Mohr - Coulomb. Αντίστοιχα, για τις περιπτώσεις όπου η βραχόµαζα θεωρήθηκε ότι θα έχει συµπεριφορά ανοµοιογενούς και ανισότροπου µέσου, εποµένως και η αντοχή της ανάγεται πρακτικά σε αντοχή ασυνεχειών, και για τον προσδιορισµό της αντοχής αυτών, οι παράµετροι διατµητικής αντοχής προσδιορίστηκαν µε βάση τις θεωρητικές καµπύλες του κριτηρίου Barton Bandis (1983), µε χρήση παραµετρικών τιµών της βασικής γωνίας τριβής του πετρώµατος, του συντελεστή τραχύτητας JRC και των τιµών θλιπτικής αντοχής των τοιχωµάτων JCS. Στο Σχήµα 2 δίνεται η συνθετική απεικόνιση των παραµέτρων διατµητικής αντοχής των επιφανειών ασυνεχειών. Στα ίδια σχήµατα επίσης απεικονίζονται, για σύγκριση, τα αποτελέσµατα των εκτελεσθεισών δοκιµών διάτµησης βράχου, είτε στις επιφάνειες διακλάσεων είτε στη σχιστότητα. Πρέπει να αναφερθεί ότι το µεγαλύτερο µέρος των ορυγµάτων συνίσταται από γνεύσιους, που χαρακτηρίζονται τοπικά από σαφή ανάπτυξη και αποχωρισµό των επιπέδων σχιστότητας, καθώς από πυκνό δίκτυο διακλάσεων, το οποίο και προκαλεί τον σχετικά έντονο κερµατισµό της βραχόµαζας (η τιµή του δείκτη RQD για το σύνολο του γνευσιακού σχηµατισµού εκτιµάται της τάξης του 25 µε 35%). Οι σχηµατισµοί αυτοί στις περισσότερες περιπτώσεις θα πρέπει να αντιµετωπισθούν τόσο ως οµοιογενές όσο και ως ανισότροπο µέσο, καταδεικνύοντας πρακτικά την ανάγκη διπλής ανάλυσης τόσο ως προς την συνολική τους ευστάθεια όσο και ως προς την ευστάθεια βραχοσφηνών. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 3

4 Σχήµα 1. ιάγραµµα υπολογισµού δείκτη GSI (Hoek-Marinos) και τροποποιηµένου δείκτη GSI (Sonmez-Ulusay, 1999) Figure 1. Geological Strength Index (Hoek-Marinos) and modified GSI determination (Sonmez- Ulusay, 1999) Barton Shear Strength Estimation Project: ΕΟΑΕ, Κάθετος Άξονας 75 "Κοµοτηνή-Νυµφαία-Ελληνοβουλγαρικά Σύνορα", Υποτµήµα 2 Layer: gm (j_διακλάσεις) Input: min max basic friction angle φ b JRC o 8 16 JRC n 4,4 4,9 L n (m) 4 L o (mm) 100 JCS (MPa) min σ n (kpa) 10 max σ n (kpa) 600 τ = σn tan( ϕb + JRC n log( JCS )) σ Output: basic friction angle φ b JRC n 4,4 4,9 4,4 4,9 4,4 4,9 4,4 4,9 JCS (MPa) σ n (kpa) τ (kpa) τ (kpa) Estimated Design Parameters c(kpa)= c(kpa)= 10 φ(deg)= 32,1 32,6 33,4 34,1 34,1 34,6 35,4 36,1 34,1 φ(deg)= 35,0 n mean values Barton-Bandis 1982 Barton Shear Strength Estimation Project: ΕΟΑΕ, Κάθετος Άξονας 75 "Κοµοτηνή-Νυµφαία-Ελληνοβουλγαρικά Σύνορα", Υποτµήµα 2 Layer: gm (sch_σχιστότητα - υφή) Input: min max basic friction angle φ b JRC o 6 14 JRC n 3,2 3,2 L n (m) 20 L o (mm) 100 JCS (MPa) min σ n (kpa) 10 max σ n (kpa) 600 τ = σn tan( ϕb + JRC n log( JCS )) σ Output: basic friction angle φ b JRC n 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 JCS (MPa) σ n (kpa) τ (kpa) τ (kpa) Estimated Design Parameters c(kpa)= c(kpa)= 5 φ(deg)= 26,7 26,7 27,6 27,6 32,6 32,6 33,6 33,6 30,2 φ(deg)= 30,0 n mean values Barton-Bandis ,00 600,00 500, mean values Estimated Design Parameters lower bound envelope upper bound envelope Rock Shear test data 700,00 600,00 500, mean values Estimated Design Parameters lower bound envelope upper bound envelope Rock Shear test data Shear Stress τ (MPa) 400,00 300,00 Shear Stress τ (MPa) 400,00 300,00 200,00 200,00 100,00 σ' n 100,00 σ' n τ τ 0,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 Normal Effective Stress σ'n (MPa) Σχήµα 2. Προσδιορισµός παραµέτρων διατµητικής αντοχής διακλάσεων και σχιστότητας (γνεύσιος) Figure 2. Determination of joint and schistosity strength parameters (gneiss) 0,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 Normal Effective Stress σ'n (MPa) 3.3 Μεθοδολογία µελέτης βραχωδών ορυγµάτων Το είδος των ελέγχων που πραγµατοποιήθηκαν σε κάθε όρυγµα καθορίζονταν κυρίως από την ποιότητα της βραχόµαζας που αναµενόταν να συναντηθεί. Όταν ο βαθµός κερµατισµού της βραχόµαζας οδηγεί σε "ρεαλιστική" υπολογιστική θεώρηση οµοιογενούς και ισότροπου µέσου πραγµατοποιήθηκαν έλεγχοι γενικής ευστάθειας µε θεώρηση κυκλικών επιφανειών 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 4

5 ολίσθησης. Για τις αναλύσεις αυτές χρησιµοποιήθηκε το πρόγραµµα GSTABL7 (with STEDwin v ). Στις περιπτώσεις όπου από τη γεωλογική µελέτη προβλέπεται ανάπτυξη συγκεκριµένου συστήµατος ασυνεχειών, µεγάλης συνέχειας, µε δυσµενή προσανατολισµό ως προς το πρανές (π.χ επίπεδη ολίσθηση επί επιφανειών σχιστότητας), πραγµατοποιήθηκε έλεγχος γενικής ευστάθειας µε θεώρηση ανισοτροπίας, µε χρήση των παραµέτρων διατµητικής αντοχής των επιφανειών ασυνεχειών στις αντίστοιχες περιοχές τάσεων. Οι έλεγχοι έγιναν µε το ίδιο ως άνω πρόγραµµα GSTABL7 (with STEDwin v ) και θεωρήσεις σεισµικών δράσεων αλλά και ανάπτυξης υδροστατικών πιέσεων. Στα ορύγµατα πραγµατοποιήθηκε επίσης ανάλυση σφηνών µε εκτίµηση του όγκου και του συντελεστή ασφάλειας. Για την ανάλυση µε την προσδιορισµική προσέγγιση των αναµενόµενων δοµικών αστοχιών χρησιµοποιήθηκαν τα τεκτονικά διαγράµµατα και η κινηµατική ανάλυση της Oριστικής Γεωλογικής Μελέτης ( ηµαράς 2006). Σε κάποια από τα ορύγµατα πραγµατοποιήθηκαν επίσης αναλύσεις και µε πιθανοκρατική προσέγγιση, µε χρήση του συνόλου των µετρήσεων του τεκτονικού διαγράµµατος. Οι αναλύσεις ευστάθειας βραχοσφηνών έγιναν µε χρήση του προγράµµατος EzSlide ver (University of Manitoba, Feng & Lajtai 1998), το οποίο παρέχει τη δυνατότητα εφαρµογής της διπλής µεθόδου ανάλυσης, τόσο προσδιορισµικής (Deterministic) όσο και πιθανοκρατικής (Probabilistic) τυχαίων αστοχιών (εκλογή επιφανειών βάση προσοµοίωσης Monte Carlo) από λίστα προκαθορισµένων επιφανειών ασυνεχειών. Στο πρόγραµµα εισάγονται τα γεωµετρικά στοιχεία του πρανούς ως πόλοι επιφανειών και το ύψος του, καθώς επίσης και οι παράµετροι αντοχής των επιφανειών ασυνεχειών, είτε ως Μohr Coulomb δηλαδή ζεύγος τιµών συνοχής και γωνίας τριβής για κάθε επιφάνεια, είτε σύµφωνα µε τον µη γραµµικό νόµο του Barton-Bandis δηλαδή µε τιµές για τον συντελεστή τραχύτητας και την αντοχή των τοιχωµάτων των ασυνεχειών καθώς και την βασική γωνία τριβής. Ιδιαίτερα, δίνεται η δυνατότητα κατά την πιθανοκρατική ανάλυση να εισαχθούν οι παράµετροι αντοχής και συνθηκών φόρτισης ως µεταβλητές δίνοντας την ελάχιστη, µέγιστη και πιθανή τιµή και καθορίζοντας το είδος της κατανοµής. Στο σχήµα 6 δίνεται η γεωµετρία που χρησιµοποιείται από το πρόγραµµα για την εισαγωγή των επιφανειών καθώς επίσης και η γεωµετρία των σφηνών. Κατά την προσδιορισµική ανάλυση, είναι δυνατό να γίνει αντίστροφη ανάλυση (διαδικασία trial & error), µε στόχο να καθοριστούν οι παράµετροι αντοχής για µια επιθυµητή ασφάλεια και για συγκεκριµένο συνδυασµό επιφανειών ασυνεχειών. Κατά την πιθανοκρατική ανάλυση, εξετάζονται όλοι οι δυνατοί συνδυασµοί επιφανειών και µεταβλητών παραµέτρων, τόσο αντοχής, όσο και φόρτισης, και δίνονται όλοι οι πιθανοί συνδυασµοί µε τους αντίστοιχους συντελεστές ασφαλείας και της πιθανότητας εκδήλωσης αστοχιών. top slope d Wedge Geometry f Plane A e a open wedge Plane B c d b e f Plane B Plane A c b a overlapping wedge slope strike=45 normal vector north azimuth of plunge= dip vector Convention to describe the geometry of a plane in geographical space. Both plunge and dip vectors point downward and both are in the plane, which is perpendicular to the strike. Strike of Plane = Azimuth of Plunge + 90 Dip of Plane = 90 - Plunge of Normal plane strike=45 dip=45-se Σχήµα 3. Απεικόνιση γεωµετρίας εξεταζόµενων σφηνών µε το EzSlide Figure 3. Wedge geometry analysis with EzSlide Σε ότι αφορά τις υδροστατικές συνθήκες, για τον έλεγχο της ευστάθειας σφηνών σε υδροστατική πίεση η οποία προκύπτει από την ανώτατη στάθµη του υπόγειου ορίζοντα της 50ετίας (περίπτωση που ισοδυναµεί επίσης µε αστοχία όλων των αποστραγγιστικών µέτρων), θεωρήθηκε πλήρωση της τάξης του 50% του υπερκείµενου ύψους, ενώ στις αναλύσεις γενικής ευστάθειας έγινε χρήση της παραµέτρου r u =0.1. Στο σηµείο αυτό θα πρέπει να τονιστεί σε σχέση µε τις αναλύσεις συνολικής ευστάθειας ότι, παρά τα υψηλά χαρακτηριστικά αντοχής που έχουν οι βραχώδεις σχηµατισµοί, εξαιτίας του υψηλού βαθµού αποσάθρωσης και τεκτονισµού της βραχόµαζας, σε συνδυασµό µε την σχιστότητα που δρα επιβαρυντικά, εφόσον έχει δυσµενή προσανατολισµό και τα µεγάλα ύψη κάποιων πρανών, προέκυψαν κατά περίπτωση συντελεστές ασφαλείας µικρότεροι από τους αντίστοιχους των σφηνών. Σηµειώνεται επίσης ότι σε τέτοιου ύψους και µήκους βραχώδη πρανή είναι πιθανό η ποιότητα της βραχόµαζας, καθώς και άλλες plunge 90 dip cube east 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 5

6 παραδοχές της µελέτης που αφορούν στον τεκτονισµό, στο πάχος και έκταση των διατµητικών ζωνών, του µανδύα αποσάθρωσης κλπ να διαφέρουν σηµαντικά σε µικρές αποστάσεις αλλά και µε το βάθος. Οι συνθήκες που αποκαλύπτονται σε υπάρχουσες εκτεθειµένες επιφάνειες κατά τη φάση µελέτης (όταν δηλαδή τα ορύγµατα δεν είναι υπό κατασκευή) ή σε σηµειακές γεωτρήσεις µπορεί να µην είναι αντιπροσωπευτικές των συνθηκών στο τελικό βραχώδες µέτωπο. Για το λόγο αυτό, οι παράµετροι διατµητικής αντοχής καθορίσθηκαν στη µελέτη µε ελαφρά συντηρητική θεώρηση. Επιπρόσθετα, θεωρείται απαραίτητη η χαρτογράφηση των εκσκαφών κατά την πρόοδο της κατασκευής, µε τρόπο σχεδόν παρόµοιο µε την διαδικασία που εφαρµόζεται στις διανοίξεις σηράγγων, µε στόχο την διαπίστωση της πραγµατικά αποκαλυπτόµενης ή/και της προκύπτουσας κατάστασης λόγο πιθανής διατάραξης της βραχόµαζας, και αναλόγως την επιβεβαίωση ή την τροποποίηση των παραδοχών της µελέτης 4. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ ΒΡΑΧΟΣΦΗΝΩΝ Για την παρουσίαση των αποτελεσµάτων θα ληφθεί χάριν παραδείγµατος το αµφίπλευρο όρυγµα Ο10, από Χ.Θ έως Χ.Θ , µέγιστου ύψους 14.8m. Το όρυγµα αναµένεται να εκσκαφθεί σε γνεύσιο, ελαφρά έως µέτρια αποσαθρωµένο, κερµατισµένο µε παρεµβολές οφιολιθικών σωµάτων και ασβεστολίθων. Για την κινηµατική ανάλυση στη θέση του ορύγµατος έγινε χρήση του τεκτονικού διαγράµµατος της Οριστικής Γεωλογικής Μελέτης ( ηµαράς 2006), όπως δίνεται στο σχήµα 4, µαζί µε τα αποτελέσµατα της αναλυτικής επεξεργασίας µε το πρόγραµµα EzSlide. Στη θέση του εξεταζόµενου ορύγµατος επικρατούν επτά συστήµατα ασυνεχειών. Από τις αναλύσεις, προκύπτει ότι από τους 21 δυνατούς συνδυασµούς επιφανειών µόνο 9 είναι κινηµατικά ελεύθεροι να ολισθήσουν (3 ολισθήσεις σφήνας κατά µήκος της τοµής των ασυνεχειών J3/S1-J3/SF1-J4/SF1, 5 σφηνοειδείς επίπεδες J4/J1-J2/SF1-J4/J2- J4/J3-J2/J3 ως προς το 1 ο επίπεδο, και 1 επίπεδη ολίσθηση ως προς J3) για κλίση πρανούς 2:1. Αντίθετα για κλίση πρανούς 3:2, από τους πιθανούς συνδυασµούς επιφανειών µόνο 6 είναι κινηµατικά ελεύθεροι να ολισθήσουν (5 ολισθήσεις σφήνας κατά µήκος της τοµής των ασυνεχειών J3/S1-J3/SF1- J2/J4-J1/J4-J2/SF1, και 1 επίπεδη ολίσθηση ως προς J3). Συστήµατα ασυνεχειών α/α Τύπος πόλοι επιφάνειες Αρχική ανάλυση Παραµετρική ανάλυση azimuth plunge dip dip direction c (kpa) φ(deg) c (kpa) φ(deg) 1 j (10) (34) 2 j (10) (34) 3 j (10) (34) 4 j (10) (34) 5 SF (10) (34) 6 SF (10) (34) 7 s (30) Στοιχεία Πρανούς azimuth plunge dip dip direction (2:1) slope face upper face H max= 15m Κινηµατική ανάλυση Συστήµατα ασυνεχειών 7 wedge on intresection wedge on single plane plane sliding Πιθανοί συνδυασµοί 21 (wdgi) (wdg1,α,β...) (plane1,α,β...) Κινηµατικά ελεύθεροι συνδυασµοί Στοιχεία Πρανούς azimuth plunge dip dip direction (3:2) slope face upper face H max= 15m Κινηµατική ανάλυση Συστήµατα ασυνεχειών 7 Πιθανοί συνδυασµοί 21 Κινηµατικά ελεύθεροι συνδυασµοί 6 Παράµετροι υπολογισµού wedge on intresection wedge on single plane plane sliding (wdgi) (wdg1,α,β...) (plane1,α,β...) 5 1 W J3 45/290 J2 J4 56/290 63/290 N SF1 S1 SF2 J1 S E Orientations ID Dip / Direction Type 1 58 / 175 J / 242 J / 293 J / 327 J / 045 SF / 067 S / 091 SF2 Equal Angle Lower Hemisphere 65 Poles 65 Entries Ανάλυση ως προς ανατροπή Ανάλυση ως προς επίπεδη ολίσθηση Ανάλυση ως προς σφηνοειδή ολίσθηση N N N TYPE TYPE Orientations ID Dip / Direction Type F [2] F [2] 1 58 / 175 J1 W SLIP LIMIT 45/290 SLIP LIMIT 56/290 SLIP LIMIT 63/290 45/290 56/290 63/290 E J [37] S [26] W 45/326 56/326 63/326 E J [37] S [26] W J3 45/290 J4 56/290 63/290 SF1 S1 SF2 E 2 45 / 242 J / 293 J / 327 J / 045 SF / 067 S / 091 SF2 J2 J1 Equal Angle Lower Hemisphere 65 Poles 65 Entries Equal Angle Lower Hemisphere 65 Poles 65 Entries Equal Angle Lower Hemisphere 65 Poles 65 Entries S S S Σχήµα 4. Πίνακας µέσων συστηµάτων ασυνεχειών, παράµετροι σχεδιασµού και αποτελέσµατα κινηµατικών αναλύσεων στο όρυγµα O10 Figure 4. Mean discontinuity sets, design parameters and kinematic analysis results at O10 cut 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 6

7 Στο σχήµα 5 παρουσιάζεται η τυπική διατοµή του ορύγµατος µε απεικόνιση της αναµενόµενης επίπεδης ολίσθησης ως προς το σύστηµα J3, όπου σχεδιάζονται οι µέγιστες δυνητικά πιθανές επίπεδες ολισθήσεις για κλίσεις 2:1 και 3:2, µε παράλληλη διερεύνηση του απαιτούµενου µήκους ανάπτυξης της ασυνέχειας. Σηµειώνεται ότι δεν προκύπτει κίνδυνος ανατροπών για τις εξεταζόµενες κλίσεις του πρανούς. δυνατότητα σε περαιτέρω ολίσθηση των υπολοίπων Πιθανές ολισθήσεις επίπεδης µορφής (W=10tn/m) Μέγιστη δυνητικά πιθανή επίπεδη ολίσθηση (W=52tn/m) 2:1 3:2 2:1 3:2 Σχήµα 6. Κατηγορίες µπλοκ σε επιφανειακή εκσκαφή (Um & Kulatilake, 2001) Figure 6. Blocks in a surface cut (Um & Kulatilake, 2001) ΙΑΤΟΜΗ Α' m Σχήµα 5. Τυπική διατοµή µε γεωλογικά και γεωτεχνικά στοιχεία Figure 5. Typical geological & geotechnical cross section Επικουρικά, στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, πραγµατοποιήθηκε ανάλυση µε την θεωρία των µπλοκ (Block Theory Key block analysis) σύµφωνα µε τις προτάσεις και τη µεθοδολογία των Goodman & Shi (1985). Η βασική ιδέα της θεωρίας των µπλοκ είναι ότι κατά τις αναλύσεις ευστάθειας µπορούν αρκετοί από τους πιθανούς συνδυασµούς των επιφανειών ασυνεχειών να περιορισθούν και να προσδιορισθούν µόνο οι συνδυασµοί οι οποίοι δηµιουργούν κρίσιµα ή "ρυθµιστικά" βραχώδη τεµάχια (key blocks). Στη θεωρία των µπλοκ παράλληλα µε τα στοιχεία των µέσων συστηµάτων ασυνεχειών που διατρέχουν την βραχόµαζα, λαµβάνονται υπόψη τα πεπερασµένα όρια των µπλοκ, όπως αυτά διαµορφώνονται από τις ασυνέχειες και τις προβλεπόµενες εκσκαφές, σε συνδυασµό µε την δυνατότητα µετακίνησης τους (Kulatilake, 2007). Στο Σχήµα 6 δίνεται η γραφική απεικόνιση των πέντε διακριτών κατηγοριών µπλοκ: άπειρα ή µη σχηµατιζόµενα (infinite), πακτωµένα (tapered), κινηµατικά ευσταθή (stable), ευσταθή λόγω τριβής - δυνητικά ρυθµιστικά τεµάχια (stable with friction - potential key blocks), και ασταθή ή ρυθµιστικά τεµάχια (unstable - key blocks). Ρυθµιστικά µπλοκ (key blocks) είναι όλα τα πεπερασµένα και κινηµατικά ελεύθερα τεµάχια ή µπλοκ η µετακίνηση των οποίων δίνει την Για τις ανάγκες ανάλυσης στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, έγινε χρήση του προγράµµατος KBSlope (PT Computional Workshop, Pantechnica Corporation). Στο σχήµα 7 δίνονται τα αποτελέσµατα των αναλύσεων για το όρυγµα Ο10, για κλίση ορύγµατος 2:1 και 3:2 αντίστοιχα. Τα παραπάνω στερεογραφικά διαγράµµατα προέκυψαν για τα συστήµατα ασυνεχειών που δίνονται στο σχήµα 4 και τα αποτελέσµατα τους δίνουν 84 πακτωµένα µη µετακινήσιµα µπλοκ (tapered non removable blocks), 6 ευσταθή (removable stable), 5 ευσταθή για γωνία τριβής 35 ο (removable stable with friction) και 4 µε συντελεστή ασφάλειας <1.0 (unstable key - blocks) ως προς J3, J4, J2/J3 και J3/J4. Επιπρόσθετα για κλίση πρανούς 3:2 από την ανάλυση προκύπτουν επίσης 84 πακτωµένα µη µετακινήσιµα µπλοκ (tapered non removable blocks), 7 ευσταθή (removable stable), 5 ευσταθή για γωνία τριβής 35 ο (removable stable with friction) και 3 µε συντελεστή ασφάλειας <1.0 (unstable key - blocks) ως προς J3, J2/J3 και J3/J4. Παράλληλα πραγµατοποιήθηκε διερεύνηση για κλίση πρανούς 40 ο (σχήµα 7γ) σύµφωνα µε την οποία προκύπτουν µόνο δυνητικά ρυθµιστικά µπλοκ ως προς J2/SF1, J1/J4 και J2/J4. Σηµειώνεται ότι µεταξύ των βασικών χαρακτηριστικών - πλεονεκτηµάτων της παρούσας ανάλυσης (Block Theory - Key block analysis) αποτελεί και η δυνατότητα που παρέχεται, στην περίπτωση όπου είναι εφικτή η επιλογή της διεύθυνσης ή/και της κλίσης του προβλεπόµενου πρανούς κατά την αρχική διερεύνηση της χάραξης, για την επιλογή των βέλτιστων γεωµετρικών χαρακτηριστικών µε 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 7

8 στόχο την αποφυγή σχηµατισµού κρίσιµων σφηνών. ευστάθειας είναι η πλήρης και λεπτοµερής καταγραφή όλων των παραµέτρων των τεκτονικών ασυνεχειών (άνοιγµα, συνέχεια, τραχύτητα, εµµονή, αποστάσεις, αντοχή επιφάνειας κλπ.). 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Σχήµα 7. Ανάλυση ορύγµατος Ο10 κατά τη θεωρία των µπλοκ Figure 7. Analysis according to block theory for O10 cut 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Σε κάθε περίπτωση, οι κλασσικές κινηµατικές αναλύσεις και η εφαρµογή της θεωρίας των µπλοκ δεν λειτουργούν ανταγωνιστικά. Ο συνδυασµός τους δίνει την δυνατότητα εξαγωγής χρήσιµων συµπερασµάτων για τους πιθανούς τύπους αστοχίας ιδιαίτερα κατά τον αρχικό σχεδιασµό, καθορίζοντας πρακτικά περιοχές ή τµήµατα τα οποία χρήζουν περαιτέρω ανάλυσης και µέτρων υποστήριξης. Βασική προϋπόθεση για τη διεξαγωγή αξιόπιστων αναλύσεων ΓΕΩΣΤΑΤΙΚΗ Α.Ε. (2006), "Γεωτεχνική Μελέτη Χωµατουργικών Έργων & Μελέτη Θεµελίωσης Τεχνικών µεταξύ των ΧΘ (Υποτµήµα 2) Κοµοτηνή Νυµφαία Ελληνοβουλγαρικά σύνορα" ηµαράς, Κ. (2006), "Οριστική Γεωλογική µελέτη Κοµοτηνή Νυµφαία - Ελληνοβουλγαρικά σύνορα" Barton, N., Bandis, S. (1983), "The effect of block size on the shear behaviour of jointed rock", Keynote paper, 23rd U.S. Symp. Rock Mech., pp Feng, P. & Lajtai, Ε. Ζ. (1998) "Probabilistic treatment of the sliding wedge with EzSlide", Engineering Geology, 50, pp Goodman, S.E. & Shi, G. H. (1985), "Block Theory and its application to rock engineering", Prentice Hall, London, p. 338 Hoek, E. Carranza-Torres, C.T. Corkum, B (2002) "Hoek-Brown failure criterion edition" Proc. 5th North American Rock Mechanics Symposium, Toronto. 1: Kulatilake, P.H.S.W., "3-Day Short Course on Applications of Stereographic Projections, Block Theory and Limit Equilibrium Analyses for Surficial and Underground Rock Excavations (Course Notes)", Vienna 13-15/12/2007 Marinos, V., Marinos, P. & Hoek, E., (2005), "The geological strength index: Applications and limitations", Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 64, pp Sonmez, H. & Ulusay, R., (1999), "Modifications to the geological strength index (GSI) and their applicability to stability of slopes", International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 36 (6), pp Tinucci, J. P. (Pantechnica), PT Computional Workshop, KBSlope, Pantechnica Corporation Um, J. & Kulatilake, P.H.S.W., (2001), "Kimenatic and Block Theory Analyses for Shiplock Slopes of the Three Gorges Dam Site in China", Geotechnical and Geological Engineering, 19, pp ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/ , Βόλος 8